[go: up one dir, main page]

DE19918876A1 - Katalytischer Konverter - Google Patents

Katalytischer Konverter

Info

Publication number
DE19918876A1
DE19918876A1 DE19918876A DE19918876A DE19918876A1 DE 19918876 A1 DE19918876 A1 DE 19918876A1 DE 19918876 A DE19918876 A DE 19918876A DE 19918876 A DE19918876 A DE 19918876A DE 19918876 A1 DE19918876 A1 DE 19918876A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
substrate
catalytic converter
catalytically active
noble metal
converter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE19918876A
Other languages
English (en)
Inventor
Graham C Bashford-Rogers
Eric Mathias
Georges Bouraad
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Delphi Technologies Inc
Original Assignee
Delphi Technologies Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Delphi Technologies Inc filed Critical Delphi Technologies Inc
Priority to DE19918876A priority Critical patent/DE19918876A1/de
Priority to EP00108389A priority patent/EP1048828B1/de
Priority to DE50001154T priority patent/DE50001154D1/de
Priority to JP2000119380A priority patent/JP3394940B2/ja
Publication of DE19918876A1 publication Critical patent/DE19918876A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • B01D53/9445Simultaneously removing carbon monoxide, hydrocarbons or nitrogen oxides making use of three-way catalysts [TWC] or four-way-catalysts [FWC]
    • B01D53/945Simultaneously removing carbon monoxide, hydrocarbons or nitrogen oxides making use of three-way catalysts [TWC] or four-way-catalysts [FWC] characterised by a specific catalyst
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/19Catalysts containing parts with different compositions
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/02Impregnation, coating or precipitation
    • B01J37/024Multiple impregnation or coating
    • B01J37/0242Coating followed by impregnation
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N13/00Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00
    • F01N13/009Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00 having two or more separate purifying devices arranged in series
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/24Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
    • F01N3/28Construction of catalytic reactors
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/38Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
    • B01J23/40Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals of the platinum group metals
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen katalytischen Konverter für eine Abgasanlage einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere einer Diesel-Verbrennungskraftmaschine. Der katalytische Konverter hat ein Gehäuse, in dem in Strömungsrichtung des Abgases gesehen aufeinander folgend drei mit einem katalytisch wirksamen Edelmetall beschichtete Substrate angeordnet sind. Dabei ist das zwischen dem ersten und dem dritten katalytischen Substrat angeordnete zweite katalytische Substrat mit einer geringeren Menge katalytisch wirksamen Edelmetall beschichtet als das erste oder das dritte katalytische Substrat.

Description

Die Erfindung betrifft einen katalytischen Konverter für eine Abgasanlage einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere einer Diesel-Verbren­ nungskraftmaschine, mit einem Gehäuse, an dem ein Einlaß zum An­ schluß an die Verbrennungskraftmaschine und ein Auslaß ausgebildet sind, sowie mit einem ersten und einem zweiten mit einem katalytisch wirksamen Edelmetall beschichteten Substrat, die in Strömungsrichtung des Abgases gesehen aufeinander folgend im Gehäuse angeordnet sind, wobei das erste Substrat nahe dem Einlaß angeordnet ist.
Ein katalytischer Konverter der eingangs genannten Art für eine Ab­ gasanlage einer Verbrennungskraftmaschine ist bekannt. Bei diesem be­ kannten Konverter wird mit Hilfe des ersten Substrates im Abgas enthal­ tenes Kohlenmonoxid sowie darin enthaltene Kohlenwasserstoffe durch Oxidation in Kohlendioxid bzw. Kohlendioxid und Wasser umgewandelt. Das zweite mit katalytisch wirksamem Edelmetall beschichtete Substrat wandelt durch Reduktion die Stickoxide des Abgases in Stickstoff und Kohlendioxid um.
Damit die Schadstoffe in den Abgasen entsprechend den gesetzlichen Be­ stimmungen unter einer maximal zulässigen Schadstoffmenge liegen, wird der Konverter an die Leistung der Verbrennungskraftmaschine angegli­ chen. Zu diesem Zweck kann der Gesamtanteil an katalytisch wirksamem Edelmetall und/oder das Konvertervolumen entsprechend angepaßt wer­ den, damit der Konverter eine ausreichend hohe Konvertierungsrate auf­ weist. In diesem Zusammenhang wird unter dem Begriff Konvertierungs­ rate die auf die Schadstoffmenge des Abgases vor dem Durchströmen des Konverters bezogene Differenz zwischen der Schadstoffmenge im Abgas vor dem Durchströmen des Konverters und der Schadstoffmenge nach dem Durchströmen des Konverters verstanden.
Es ist Aufgabe der Erfindung, den katalytischen Konverter der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß bei gleicher Edelmetallmenge die Konvertierungsrate des Konverters verbessert bzw. bei gleicher Konvertie­ rungsrate die notwendige Menge Edelmetalls verringert ist.
Die Erfindung löst die Aufgabe durch einen katalytischen Konverter mit den Merkmalen nach Anspruch 1, insbesondere löst sie die Aufgabe da­ durch, daß in Strömungsrichtung des Abgases gesehen nach dem zweiten Substrat ein mit mindestens einem katalytisch wirksamen Edelmetall be­ schichtetes drittes Substrat nahe dem Auslaß im Gehäuse angeordnet ist, wobei das zweite Substrat mit einer geringeren Menge katalytisch wirksa­ men Edelmetalls beschichtet ist als das erste oder das dritte Substrat.
Bei dem erfindungsgemäßen Konverter werden insgesamt drei Substrate verwendet. Dabei ist das zwischen dem ersten und dem dritten Substrat angeordnete zweite Substrat mit einer geringeren Menge katalytisch wirk­ samen Edelmetalls beschichtet als eines der beiden anderen Substrate. Durch den erfindungsgemäßen Konverter wird erreicht, daß, verglichen mit einem herkömmlichen katalytischen Konverter, der mit derselben Ge­ samtmenge an katalytisch wirksamem Edelmetall bezogen auf ein vorge­ gebenes Volumen beschichtet ist, bei gleicher Edelmetallmenge eine höhe­ re Konvertierungsrate erzielt wird. Ferner ist es durch die Erfindung mög­ lich, bei gleichbleibender Konvertierungsrate die Menge an zu verwenden­ dem katalytisch wirksamen Edelmetall zu verringern. In diesem Fall kann auch das Volumen des Konverters durch den verbesserten Wirkungsgrad der einzelnen Substrate bei gleichbleibender Konvertierungsrate verringert werden. Wird der erfindungsgemäße Konverter mit einer Diesel-Verbren­ nungskraftmaschine verwendet, wirkt der Konverter gleichzeitig auch als Rußfilter. Dabei ist die Konvertierungsrate des erfindungsgemäßen Kon­ verters bei der Umwandlung von Rußpartikeln verglichen mit der Konver­ tierungsrate bekannter Konverter mit entsprechender Leistung gleichfalls verbessert.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, den Diagrammen sowie den Unteransprü­ chen.
So ist es besonders vorteilhaft, wenn das zwischen dem ersten und dem dritten Substrat angeordnete zweite Substrat mit einer geringeren Menge katalytisch wirksamen Edelmetalls beschichtet ist als das erste und das dritte Substrat. Durch entsprechendes Aufeinanderabstimmen der Men­ gen katalytisch wirksamen Edelmetalls, mit denen die einzelnen Substrate beschichtet sind, kann bei weiterer Reduzierung der Gesamtmenge ver­ wendeten Edelmetalls im katalytischen Konverter eine gleichbleibend hohe Konvertierungsrate erzielt werden.
Des weiteren wird vorgeschlagen, daß das Gehalt an katalytisch wirksa­ mem Edelmetall des ersten und dritten Substrates in einem Bereich von etwa 1,77 g/dm3 bis etwa 5,30 g/dm3 (50 g/ft3 bis 150 g/ft3) liegen soll. Der Gehalt an katalytisch wirksamem Edelmetall des zweiten Substrates liegt vorzugsweise in einem Bereich von etwa 0,035 g/dm3 bis etwa 0,35 g/dm3 (1 g/ft3 bis 10 g/ft3). Bei diesen Edelmetallgehalten der Beschich­ tungen der Substrate ließen sich besonders gute Versuchsergebnisse er­ zielen.
Das Volumen des ersten Substrates beträgt bei einer bevorzugten Ausfüh­ rungsform 20 bis 50% des Volumens aller Substrate des Konverters. Im Verhältnis dazu liegt das Volumen des zweiten katalytischen Substrates in einem Bereich von 30 bis 70%, vorzugsweise bei 40%, des Volumens aller Substrate. Das wirksame Volumen des dritten Substrates beträgt etwa 30, bis 40% des Volumens aller Substrate. Durch entsprechendes Aufeinan­ derabstimmen der verschiedenen Volumina der drei Substrate kann der katalytische Konverter gezielt an die unterschiedlichen Betriebsbedingun­ gen der Verbrennungskraftmaschine angepaßt werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen katalyti­ schen Konverters beträgt der Gehalt an katalytisch wirksamem Edelmetall des ersten und dritten Substrates etwa 2,47 g/dm3 (70 g/ft3), während der Gehalt an katalytisch wirksamem Edelmetall des zweiten Substrates bei etwa 0,35 g/dm3 (10 g/ft3) liegt. Dabei entspricht der durchschnittliche Gehalt an katalytisch wirksamem Edelmetall des katalytischen Konverters etwa 1,77 g/dm3 (50 g/ft3). Bei dieser Ausführungsform wird insbesondere die Konvertierungsrate bei der Umwandlung von Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid verglichen mit katalytischen Konvertern, die einen ent­ sprechenden durchschnittlichen Gehalt an katalytisch wirksamem Edel­ metall enthalten, deutlich verbessert.
Bei einer alternativen Ausführungsform beträgt der Gehalt an katalytisch wirksamem Edelmetall des ersten und dritten Substrates etwa 3,53 g/dm3 (100 g/ft3), während der Gehalt an Edelmetall des zweiten Substrates bei etwa 0,071 g/dm3 (2 g/ft3) liegt. Auch hier entspricht der durchschnittli­ che Gehalt an katalytisch wirksamem Edelmetall des katalytischen Kon­ verters etwa 1,77 g/dm3 (50 g/ft3). Diese Ausführungsform zeichnet sich insbesondere bei vergleichsweise geringem Konvertervolumen durch eine vergleichsweise hohe Konvertierungsrate bei der Umwandlung von Stick­ oxiden aus.
Des weiteren wird vorgeschlagen, am Gehäuse des katalytischen Konver­ ters eine Zuführung auszubilden, durch die zusätzlich Kohlenwasserstof­ fe, vorzugsweise aus dem Verbrennungsprozeß der Verbrennungskraftma­ schine in das Gehäuse des Konverters eingeleitet werden können. Durch die zusätzlichen Kohlenwasserstoffe ist eine aktive Stickstoffreduktion im Konverter möglich, da die zusätzlich eingeführten Kohlenwasserstoffe un­ ter Bildung von Kohlendioxid und Stickstoff mit den Stickoxiden reagieren können. Zum Einleiten der zusätzlichen Kohlenwasserstoffe wird vorzugs­ weise eine Druckleitung eingesetzt, durch die dem Gehäuse Kohlenwas­ serstoffe aus dem Abgas der Verbrennungskraftmaschine oder geringe Mengen Kraftstoff, die durch die im Konverter herrschenden Temperatu­ ren unter Bildung entsprechender Abgase verbrennen, zugeführt werden.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand zweier Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
Fig. 1 ein Diagramm, in dem die Konvertierungsraten eines her­ kömmlichen katalytischen Konverters im Vergleich zu den Konvertierungsraten einer ersten Ausführungsform eines er­ findungsgemäßen katalytischen Konverters dargestellt sind,
Fig. 2 ein Diagramm, in dem die Konvertierungsraten eines her­ kömmlichen katalytischen Konverters im Vergleich zu einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen katalyti­ schen Konverters dargestellt sind,
Fig. 3 ein Diagramm, in dem die Konvertierungsraten zweier her­ kömmlicher katalytischer Konverter im Vergleich zu den Kon­ vertierungsraten eines Konverters nach der ersten Ausfüh­ rungsform dargestellt sind, wobei sich die beiden Vergleichs­ konverter in ihren Edelmetallanteilen unterscheiden, und
Fig. 4 ein Diagramm, in dem die Konvertierungsraten eines her­ kömmlichen katalytischen Konverters im Vergleich zu den Konvertierungsraten eines Konverters nach der ersten Aus­ führungsform dargestellt sind, wobei das Konvertervolumen des herkömmlichen Konverters größer ist als das des erfin­ dungsgemäßen Konverters.
Bei den in den Fig. 1 bis 4 gezeigten Auswertungen von Motortests wurden zwei verschiedene Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen katalyti­ schen Konverters verwendet. Die beiden Ausführungsformen sind iden­ tisch aufgebaut, unterscheiden sich jedoch in den verwendeten Substrat­ einsätzen. Der erfindungsgemäße katalytische Konverter weist ein aus ei­ nem hitzebeständigen, hochwertigen Stahl gefertigtes Gehäuse auf, an dem ein Einlaß und ein Auslaß ausgebildet sind. Der Einlaß ist in einge­ bautem Zustand des katalytischen Konverters üblicherweise mit einem Vorschalldämpfer einer Abgasanlage einer Verbrennungskraftmaschine verbunden, der seinerseits an den Krümmer der Verbrennungskraftma­ schine angeschlossen ist. Der Auslaß des katalytischen Konverters ist an einen Mittelschalldämpfer der Abgasanlage angeschlossen, der seinerseits mit einem Nachschalldämpfer verbunden ist.
Im Gehäuse sind drei Substrateinsätze, sogenannte Monolithe, eingesetzt, die aus einem Metall oder Keramikmaterial gefertigt sind. In jedem Mono­ lith sind in dessen Längsrichtung verlaufende Kanäle ausgebildet, wobei die Anzahl der Kanäle pro cm2 bei etwa 54 bis 62 Kanälen (350 bis 400 Kanäle pro in2) liegen. Die Innenoberfläche jedes Kanals ist mit einer Zwi­ schenschicht, beispielsweise Aluminiumoxid (Al2O3), beschichtet, auf der eine katalytisch wirksame Edelmetallschicht aus Palladium, Platin, Rho­ dium oder ähnlichen Platinmetallen aufgetragen ist. Selbstverständlich kann die katalytisch wirksame Schicht auch aus mehreren Edelmetallen oder Edelmetallegierungen gebildet sein. Des weiteren kann sich die Zu­ sammensetzung der Edelmetallschichten der verschiedenen Substratein­ sätze unterscheiden.
In Fig. 1 sind die Konvertierungsraten eines herkömmlichen katalytischen Konverters mit einem Substrateinsatz im Vergleich zu einem erfindungs­ gemäßen katalytischen Konverter mit drei Substrateinsätzen dargestellt. Die Vergleichswerte wurden im Rahmen eines Motortestes gemäß der EU- Stufe III bestimmt, wobei das Verhältnis zwischen Motorhubraum und Konvertervolumen bei 1 : 1,05 liegt. Der Gehalt an Edelmetall in der ka­ talytisch wirksamen Schicht des herkömmlichen Konverters liegt bei 1,77 g/dm3 (50 g/ft3). Bei dem erfindungsgemäßen katalytischen Konverter werden insgesamt drei Substrateinsätze bzw. Monolithe verwendet. Der nahe dem Einlaß angeordnete erste Monolith weist eine Edelmetallschicht mit einem Edelmetallanteil von 2,47 g/dm3 (70 g/ft3) auf. Der in Strö­ mungsrichtung gesehen zweite Substrateinsatz ist mit einer katalytisch wirksamen Edelmetallschicht versehen, die einen Edelmetallgehalt von 0,35 g/dm3 (10 g/ft3) aufweist. Der sich an diesen anschließende dritte Substrateinsatz nahe dem Auslaß des Konverters ist mit einer Edelmetall­ schicht versehen, die einen Anteil von 2,47 g/dm3 (70 g/ft3) an katalytisch wirksamem Edelmetall aufweist. Der durchschnittliche Gesamtanteil an katalytisch wirksamem Edelmetall liegt, wie beim Vergleichskonverter, bei 1,77 g/dm3 (50 g/ft3).
Wie dem Diagramm zu entnehmen ist, liegt die Konvertierungsrate des er­ findungsgemäßen Konverters bei den Kohlenwasserstoffen (HC) mit etwa 63% und bei Kohlenmonoxid (CO) mit etwa 52% deutlich über den Kon­ vertierungsraten des Vergleichskonverters. Auch die Konvertierungsraten für Stickoxide (NOx) und die Umwandlung von Stickoxiden unter Zuhilfe­ nahme von Kohlenwasserstoffen (HC + NOx) liegen bei dem erfindungsge­ mäßen Konverter über den Konvertierungsraten des Vergleichskonverters. Desweiteren ist auch die Konvertierungsrate bei der Umwandlung von Rußpartikeln in Kohlendioxid (im Diagramm mit PM bezeichnet), mit der die Filterwirkung des Konverters bei dessen Verwendung mit einer Diesel- Verbrennungskraftmaschine beschrieben wird, gegenüber der Konvertie­ rungsrate des Vergleichskonverters gleichfalls verbessert.
In Fig. 2 ist ein zweites Diagramm dargestellt, das gleichfalls während ei­ nes Motortestes nach der EU-Stufe III erstellt worden ist. Das Verhältnis zwischen Motorhubraum und Konvertervolumen liegt hier bei 1,09 : 1. Bei diesem Test wurde als Vergleichskonverter ein herkömmlicher katalyti­ scher Konverter mit einem Substrateinsatz verwendet, dessen katalytisch wirksame Schicht einen Edelmetallanteil von 1,77 g/dm3 (50 g/ft3) auf­ weist. Bei diesem Vergleichstest wurde eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Konverters mit drei Substrateinsätzen verwendet. Bei dieser zweiten Ausführungsform liegt der Edelmetallanteil der Beschich­ tung des nahe dem Einlaß im Gehäuse angeordneten ersten Substratein­ satzes bei 3,53 g/dm3 (100 g/ft3), während der Edelmetallgehalt der Be­ schichtung des zweiten Substrateinsatzes bei 0,071 g/dm3 (2 g/ft3) liegt. Der sich an diesen in Strömungsrichtung des Abgases gesehen anschlie­ ßende dritte Substrateinsatz ist, wie der erste Substrateinsatz, mit einer Edelmetallbeschichtung versehen, die einen Edelmetallanteil von 3,53 g/dm3 (100 g/ft3) aufweist. Auch hier liegt der durchschnittliche Edelme­ tallanteil der Beschichtungen des erfindungsgemäßen Konverters bei 1,77 g/dm3 (50 g/ft3).
Wie dem Vergleichstest zu entnehmen ist, liegen die Konvertierungsraten des erfindungsgemäßen Konverters bei allen auftretenden Abgasen, näm­ lich Kohlenwasserstoffen (HC), Kohlenmonoxid (CO) sowie Stickoxiden (NOx, HC + NOx) über den Konvertierungsraten des herkömmlichen Ver­ gleichskonverters. Die Konvertierungsrate des erfindungsgemäßen Kon­ verters bei der Umwandlung von Rußpartikel in Kohlendioxid (PM) liegt etwas unter der Konvertierungsrate des herkömmlichen Konverters, wie dem Diagramm in Fig. 2 zu entnehmen ist, die beim erfindungsgemäßen Konverter gemessenen Schadstoffwerte liegen jedoch noch deutlich unter den gesetzlich maximal zulässigen Grenzwerten.
Fig. 3 zeigt ein Diagramm, bei dem die Konvertierungsraten zweier her­ kömmlicher katalytischer Konverter mit den Konvertierungsraten eines erfindungsgemäßen Konverters nach der ersten Ausführungsform vergli­ chen werden. Der erste Vergleichskonverter weist einen Substrateinsatz auf, dessen katalytisch wirksame Schicht einen Edelmetallanteil von 1,77 g/dm3 (50 g/ft3) besitzt. Der zweite katalytische Vergleichskonverter hat gleichfalls nur einen Substrateinsatz, dessen Edelmetallschicht jedoch ei­ nen Edelmetallanteil von 3,53 g/dm3 (100 g/ft3) aufweist. Der erfindungs­ gemäße Konverter hat, wie der in dem Test nach Fig. 1 verwendete Kon­ verter nach der ersten Ausführungsform, eine katalytisch wirksame Schicht mit einem Edelmetallanteil von 2,47 g/dm3 (70 g/ft3) beim ersten und dritten Substrateinsatz, während der zwischen diesen angeordnete zweite Substrateinsatz eine Edelmetallschicht mit einem Edelmetallanteil von 0,35 g/dm3 (10 g/ft3) besitzt. Der durchschnittliche Edelmetallanteil des erfindungsgemäßen Konverters liegt insgesamt bei 1,77 g/dm3 (50 g/ft3).
Wie dem Diagramm nach Fig. 3 zu entnehmen ist, liegen die Konvertie­ rungsraten des erfindungsgemäßen Konverters bei allen Abgasen (HC, CO, NOx, HC + NOx) über den Konvertierungsraten des ersten Vergleichskon­ verters, dessen katalytisch wirksame Schicht einen Edelmetallanteil von 1,77 g/dm3 (50 g/ft3) aufweist. Im Gegensatz dazu liegen die Konvertie­ rungsraten bei den Kohlenwasserstoffen (HC) und bei Kohlenmonoxid (CO) des erfindungsgemäßen Konverters unter den Konvertierungsraten des zweiten Vergleichskonverters, der die katalytisch wirksame Schicht mit größerem Edelmetallanteil aufweist, nämlich 3,53 g/dm3 (100 g/ft3). Aller­ dings ist der erfindungsgemäße Konverter besser in der Lage, Stickoxide (NOx) in unschädliche Abgase umzuwandeln als der zweite Vergleichskon­ verter, wie dem Diagramm bei den Angaben NOx und HC+NOx zu ent­ nehmen ist. Dies bedeutet, daß insbesondere die Reduktionsreaktion des erfindungsgemäßen Konverters bei der Umwandlung von Stickoxiden in Stickstoff und Kohlendioxid besser katalysiert wird, als bei den beiden Vergleichskonvertern. Auch in diesem Fall ist die Konvertierungsrate (PM), mit der die Umwandlung von Rußpartikel in Kohlendioxid beschrieben wird, geringer als bei den Vergleichskonvertern. Die Schadstoffmengen lie­ gen jedoch auch hier unter den gesetzlich maximal zulässigen Grenzwer­ ten.
Fig. 4 zeigt einen Vergleichstest, bei dem die Leistung eines herkömmli­ chen Konverters mit der Leistung eines erfindungsgemäßen Konverters in Abhängigkeit vom Konvertervolumen dargestellt ist. Auch hier wurden die Emissionen einer Diesel-Verbrennungskraftmaschine im Rahmen eines Motortestes nach der EU-Stufe III durchgeführt. Der Motor hatte in die­ sem Fall einen Hubraum von 1,7 Litern.
Als Vergleichskonverter in herkömmlicher Bauart wurde ein Konverter mit einem Volumen von 2,376 Litern verwendet, wobei der Edelmetallanteil der katalytisch wirksamen Schicht des Substrateinsatzes bei 2,47 g/dm3 (70 g/ft3) liegt. Im Gegensatz dazu weist der erfindungsgemäße Konverter, wie der bei dem in Fig. 1 dargestellten Test verwendete Konverter, drei Substrateinsätze auf, wovon die katalytisch wirksamen Schichten des er­ sten und des dritten Substrateinsatzes einen Edelmetallanteil von 2,47 g/dm3 (70 g/ft3) aufweisen, während die Edelmetallbeschichtung des zwi­ schen diesen angeordneten zweiten Substrateinsatzes einen Edelme­ tallanteil von 0,35 g/dm3 (10 g/ft3) besitzt. Der durchschnittliche Edel­ metallanteil des erfindungsgemäßen Konverters liegt bei 1,77 g/dm3 (50 g/ft3), während sein Konvertervolumen bei 1,803 Litern liegt, also geringer ist als das Konvertervolumen des Vergleichskonverters.
Wie dem Diagramm nach Fig. 4 zu entnehmen ist, sind die Konvertie­ rungsraten des erfindungsgemäßen Konverters bei den Kohlenwasserstof­ fen (HC), bei Kohlenmonoxid (CO) und bei der Reduktionsreaktion von Kohlenwasserstoffen mit Stickoxiden (HC+NOx) geringer als die Konver­ tierungsraten des Vergleichskonverters. Im Gegensatz dazu sind die Kon­ vertierungsraten bei der Umwandlung der Stickoxide (NOx) und bei der Umwandlung von Rußpartikeln (PM) bei dem erfindungsgemäßen Kon­ verter etwas höher als die des Vergleichskonverters.
Bei diesem Vergleichstest ist jedoch festzustellen, daß trotz des deutlich größeren Konvertervolumens (2,376 Liter zu 1,803 Liter) und des größeren Edelmetallanteils der Beschichtung, nämlich 2,47 g/dm3 (70 g/ft3) bei dem Vergleichskonverter zu 1,77 g/dm3 (50 g/ft3) dem erfindungsgemäßen Konverter, die Konvertierungsraten des Vergleichskonverters, insbesonde­ re bei der Umwandlung von Kohlenmonoxid und der Reaktion von Koh­ lenwasserstoffen mit Stickoxiden, überraschenderweise nur geringfügig höher sind, so daß trotz des geringeren Konvertervolumens des erfin­ dungsgemäßen Konverters verglichen mit dem des Vergleichskonverters annähernd die gleiche Leistung durch den erfindungsgemäßen Konverter erbracht wird.
Abschließend ist noch zu bemerken, daß bei durchgeführten Lebensdau­ ertests, sogenannten Rapid Aging Tests, festgestellt wurde, daß sowohl die Lebensdauer als auch die Konvertierungsrate der erfindungsgemäßen Konverter über denen der Vergleichskonverter lagen, obwohl die verwen­ deten erfindungsgemäßen Konverter ein geringeres Konvertervolumen und einen geringeren Edelmetallanteil bei der katalytisch wirksamen Schicht aufwiesen.

Claims (13)

1. Katalytischer Konverter für eine Abgasanlage einer Verbrennungs­ kraftmaschine, insbesondere einer Diesel-Verbrennungskraftma­ schine, mit einem Gehäuse, an dem ein Einlaß zum Anschluß an die Verbrennungskraftmaschine und ein Auslaß ausgebildet sind, sowie mit einem ersten und einem zweiten mit einem katalytisch wirksa­ men Edelmetall beschichteten Substrat, die in Strömungsrichtung des Abgases gesehen aufeinander folgend im Gehäuse angeordnet sind, wobei das erste Substrat nahe dem Einlaß angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß in Strömungsrichtung des Abgases gesehen nach dem zweiten Substrat ein mit mindestens einem katalytisch wirksamen Edelme­ tall beschichtetes drittes Substrat nahe dem Auslaß im Gehäuse angeordnet ist, wobei das zweite Substrat mit einer geringeren Men­ ge katalytisch wirksamen Edelmetalls beschichtet ist als das erste oder das dritte Substrat.
2. Katalytischer Konverter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Substrat mit einer geringeren Menge katalytisch wirksamen Edelmetalls beschichtet ist als das erste und das dritte Substrat.
3. Katalytischer Konverter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an katalytisch wirksamem Edelmetall des ersten Substrates und/oder des dritten Substrates in einem Bereich von etwa 1,77 g/dm3 bis etwa 5,30 g/dm3 (50 g/ft3 bis 150 g/ft3) liegt.
4. Katalytischer Konverter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an katalytisch wirksamem Edelmetall des zweiten Substrates in einem Bereich von etwa 0,035 g/dm3 bis etwa 0,35 g/dm3 (1 g/ft3 bis 10 g/ft3) liegt.
5. Katalytischer Konverter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen des ersten Substrates 20 bis 50% des Volumens aller Substrate beträgt.
6. Katalytischer Konverter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen des zweiten Substrates 30 bis 70%, vorzugsweise 40%, des Volumens aller Substrate beträgt.
7. Katalytischer Konverter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen des dritten Substrates 30 bis 40% des Volumens aller Substrate beträgt.
8. Katalytischer Konverter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an katalytisch wirksamem Edelmetall des ersten und des dritten Substrates bei etwa 2,47 g/dm3 (70 g/ft3) und der Gehalt an katalytisch wirksamem Edelmetall des zweiten Substrates bei etwa 0,35 g/dm3 (10 g/ft3) liegt, wobei der durchschnittliche Gehalt an katalytisch wirksamem Edelmetall des katalytischen Konverters bei etwa 1,77 g/dm3 (50 g/ft3) liegt.
9. Katalytischer Konverter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an katalytisch wirksamem Edelmetall des ersten und des dritten Substrates bei etwa 3,53 g/dm3 (100 g/ft3) und der Ge­ halt an katalytisch wirksamem Edelmetall des zweiten Substrates bei etwa 0,071 g/dm3 (2 g/ft3) liegt, wobei der durchschnittliche Ge­ halt an katalytisch wirksamem Edelmetall des katalytischen Kon­ verters bei etwa 1,77 g/dm3 (50 g/ft3) liegt.
10. Katalytischer Konverter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Substrat als keramischer oder metallischer Monolith aus­ gebildet ist und vorzugsweise 54 bis 62 Zellen bzw. Kanäle pro cm2 (350 bis 400 cells per in2) aufweist.
11. Katalytischer Konverter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einander zugewandten Stirnseiten des ersten und zweiten Substrates und/oder die einander zugewandten Stirnseiten des zweiten und dritten Substrates mit Abstand zueinander angeordnet sind.
12. Katalytischer Konverter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse des katalytischen Konverters zur aktiven Stick­ oxidreduktion mindestens eine Zuführung aufweist, durch die zu­ sätzliche Kohlenwasserstoffe, vorzugsweise aus dem Verbrennungs­ prozeß der Verbrennungskraftmaschine in das Gehäuse einleitbar sind.
13. Katalytischer Konverter nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß zum Einleiten der zusätzlichen Kohlenwasserstoffe eine Druck­ leitung mit dem Gehäuse des katalytischen Konverters verbunden ist.
DE19918876A 1999-04-26 1999-04-26 Katalytischer Konverter Withdrawn DE19918876A1 (de)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19918876A DE19918876A1 (de) 1999-04-26 1999-04-26 Katalytischer Konverter
EP00108389A EP1048828B1 (de) 1999-04-26 2000-04-17 Katalytischer Konverter
DE50001154T DE50001154D1 (de) 1999-04-26 2000-04-17 Katalytischer Konverter
JP2000119380A JP3394940B2 (ja) 1999-04-26 2000-04-20 接触コンバーター

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19918876A DE19918876A1 (de) 1999-04-26 1999-04-26 Katalytischer Konverter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE19918876A1 true DE19918876A1 (de) 2000-11-02

Family

ID=7905877

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19918876A Withdrawn DE19918876A1 (de) 1999-04-26 1999-04-26 Katalytischer Konverter
DE50001154T Expired - Fee Related DE50001154D1 (de) 1999-04-26 2000-04-17 Katalytischer Konverter

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE50001154T Expired - Fee Related DE50001154D1 (de) 1999-04-26 2000-04-17 Katalytischer Konverter

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP1048828B1 (de)
JP (1) JP3394940B2 (de)
DE (2) DE19918876A1 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10248508A1 (de) * 2002-07-15 2004-01-29 Volkswagen Ag Verbrennungsmotoranlage mit direkteinspritzendem Ottomotor und einem Katalysatorsystem
DE10341869A1 (de) * 2003-09-09 2005-03-31 Volkswagen Ag Regeneration eines Dieselpartikelfilters einer Dieselbrennkraftmaschine

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7673445B2 (en) 2004-11-09 2010-03-09 Ford Global Technologies, Llc Mechanical apparatus having a catalytic NOx storage and conversion device
US7870724B2 (en) 2004-11-09 2011-01-18 Ford Global Technologies, Llc Lean NOx trap with PGM zoned axially
US7718150B2 (en) 2007-04-17 2010-05-18 Ford Global Technologies, Llc Reverse platinum group metal zoned lean NOx trap system and method of use

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4042079C2 (de) * 1989-12-29 1994-02-03 Tokyo Roki Kk Abgasreinigungs-Katalysator zur Verwendung bei Verbrennungsmotoren und Verfahren zu seiner Herstellung
DE19645955A1 (de) * 1995-11-07 1997-06-12 Nissan Motor Oxidations-Katalysator für Dieselmaschinen

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IT1070099B (it) * 1975-09-23 1985-03-25 Degussa Catalizzatore supportato monolitico e disposizione di catalizzatori supportati monolitici per la depurazione dei gas di scarico di motori a combustione
JPS647935A (en) * 1987-06-30 1989-01-11 Nissan Motor Catalytic converter device
US5403559A (en) * 1989-07-18 1995-04-04 Emitec Gesellschaft Fuer Emissionstechnologie Device for cleaning exhaust gases of motor vehicles
US5611198A (en) * 1994-08-16 1997-03-18 Caterpillar Inc. Series combination catalytic converter
WO1996036423A1 (en) * 1995-05-18 1996-11-21 Precision Combustion Inc. Catalytic method
US5878567A (en) * 1996-01-22 1999-03-09 Ford Global Technologies, Inc. Closely coupled exhaust catalyst system and engine strategy associated therewith
TW329395B (en) * 1996-02-12 1998-04-11 Siemens Ag Installation and method for decomposing nitrogen oxide in a gas-flow

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4042079C2 (de) * 1989-12-29 1994-02-03 Tokyo Roki Kk Abgasreinigungs-Katalysator zur Verwendung bei Verbrennungsmotoren und Verfahren zu seiner Herstellung
DE19645955A1 (de) * 1995-11-07 1997-06-12 Nissan Motor Oxidations-Katalysator für Dieselmaschinen

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JP 0610046252 AA.,In: Patent Abstract of Japan *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10248508A1 (de) * 2002-07-15 2004-01-29 Volkswagen Ag Verbrennungsmotoranlage mit direkteinspritzendem Ottomotor und einem Katalysatorsystem
DE10341869A1 (de) * 2003-09-09 2005-03-31 Volkswagen Ag Regeneration eines Dieselpartikelfilters einer Dieselbrennkraftmaschine
DE10341869B4 (de) * 2003-09-09 2014-09-11 Volkswagen Ag Regeneration eines Dieselpartikelfilters einer Dieselbrennkraftmaschine

Also Published As

Publication number Publication date
DE50001154D1 (de) 2003-03-06
JP2000337138A (ja) 2000-12-05
EP1048828A1 (de) 2000-11-02
EP1048828B1 (de) 2003-01-29
JP3394940B2 (ja) 2003-04-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2038046B1 (de) Doppelschichtiger dreiweg-katalysator und dessen verwendung
DE19923781C2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Entfernung von Ruß aus dem Abgas eines Dieselmotors
EP0791390B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur katalytischen Gasreinigung
EP1153648A1 (de) Strukturierter Katalysator für die selektive Reduktion von Stickoxiden mittels Ammoniak unter Verwendung einer zu Ammoniak hydrolysierbaren Verbindung
DE4004572C2 (de) Trägerkatalysator zur Reinigung von Abgasen
DE4402436A1 (de) Katalysator zur Abgasreinigung
DE10238770A1 (de) Vorrichtung zur Entfernung von Rußpartikeln aus dem Abgas eines Dieselmotors
DE19546484A1 (de) Verfahren zum Betreiben einer Reinigungsanlage für Gase sowie eine Reinigungsanlage für Gase
DE19921974A1 (de) Vorrichtung zum Reduzieren von schädlichen Bestandteilen im Abgas einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Diesel-Brennkraftmaschine
DE102015212788A1 (de) Katalytisch aktives Partikelfilter
WO1998039083A1 (de) Katalysatorsystem zur abgasreinigung von dieselmotoren
EP1048828B1 (de) Katalytischer Konverter
EP1882090B1 (de) Abgasanlage mit zwei abgasbehandlungseinheiten
EP1251248A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Entfernung von Russpartikeln aus dem Abgas eines Dieselmotors
DE102005012066A1 (de) Wabenkörper mit Mitteln zur Reaktandenzufuhr und entsprechendes Verfahren und Abgassystem
EP1861608A1 (de) Abgasanlage mit einer abgasbehandlungseinheit und einem wärmetauscher in einer abgasrückführleitung
DE19961483B4 (de) Reinigungskatalysator für das Abgas eines Verbrennungsmotors
DE102021100520A1 (de) Abgasreinigungsvorrichtung
EP1812145B1 (de) Beschichtete partikelfalle mit stickstoffdioxid - neubildung
EP1515012B1 (de) Vorrichtung zur Entfernung von Russpartikeln aus einem Abgasstrom von Verbrennungsmotoren
DE19912846A1 (de) Katalysatorkörper mit anströmseitig verringerter Wanddicke
DE102004000066A1 (de) Abgasnachbehandlungssystem mit optimierter Abgasanströmung
DE10036401B4 (de) Vorrichtung zum Verringern der schädlichen Bestandteile im Abgas einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Diesel-Brennkraftmaschine
DE3035472A1 (de) Katalysatorreaktoren
DE602004003975T2 (de) Konverter für abgase von verbrennungsmotoren

Legal Events

Date Code Title Description
OM8 Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law
8139 Disposal/non-payment of the annual fee